CN104302775B - 由生物质材料生产挥发性有机化合物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方案提供尤其在较大规模上，例如在商业或工业规模上，从固体生物质材料中有效且经济地生产并回收乙醇或其他挥发性有机化合物，例如乙酸。根据本发明的一个方面，该方法包括(a)通过添加微生物，任选地酸和任选地酶到固体生物质中，生成至少约10吨预备的生物质材料；(b)在储存设施中储存预备的生物质材料至少约24小时，便于由固体生物质内的至少一部分糖生产至少一种挥发性有机化合物；和(c)通过实验无溶剂回收系统，收获至少一种挥发性有机化合物。

Description

由生物质材料生产挥发性有机化合物的方法

发明领域

本发明的实施方案一般地涉及由生物质材料生产挥发性有机化合物，例如乙醇的方法，和更特别地涉及由生物质材料发酵并回收这种挥发性有机化合物。

发明背景

这一部分拟引入现有技术的各个方面，这些方面可与本发明的例举实施方案有关。这一讨论被认为辅助提供有助于更好地理解本发明特定方面的框架。因此，应当理解，这一部分应当从这一角度阅读，且不必然视为承认任何现有技术。

随着全世界的石油供应持续减少，对可替代各种石油产品，尤其运输燃料的备选材料存在增长的需求。在美国环境法规，例如1990年的清洁空气法案中，提供了在机动车中使用氧化燃料的动机。乙醇或甲基叔丁基醚(MTBE)提高了汽油中的含氧量并降低了一氧化碳的释放。使用乙醇的一个主要优点是由可再生资源生产燃料。通过用可再生燃料替代化石燃料，可降低二氧化碳(一种温室气体)的大气水平。

目前进行了许多的努力来生产生物乙醇，所述生物乙醇衍生于可再生的生物质材料，例如玉米，糖类作物，能量作物，和固体废物。常规的由玉米生产乙醇典型地与有价值的食品资源存在竞争，这可通过负面影响每年收割的农作物产量的愈加苛刻的气候条件，例如干旱和洪水而进一步放大。与常规乙醇生产的竞争可抬高食品价格，尽管其他农作物已经充当乙醇生产用生物质材料，但它们通常不适合于全球实施，因为这些农作物具有气候要求。例如，也可有效地由甘蔗生产乙醇，但仅仅在气候可能支持几乎终年收割的世界的某些区域，例如巴西进行。

尽管不使用玉米的其他生产乙醇的方法可获得，但它们仍然是不足的。例如，Henk和Linden在科罗拉多州大学研究了由高粱固态生产乙醇(参见Solid State Production of Ethanol from sorghum，Linda L.Henk和James C.Linden,Applied Biochemistry andBiotechnology，第57/58卷，1996，第489-501页)。他们注意到甜高粱成功地用于生产乙醇，但需要解决三个问题：

·碳水化合物的储存

·木质纤维素部分的可获得性(Accessibility)，以酶解半纤维素和纤维素；和

·从甜高粱中回收乙醇的更加经济的方式。

在他们的方法中，他们指出在使用这种可再生生物质中，季节的有效性(availability)和甜高粱的储存性是重要的因素。糖的提取与储存是限制使用甜高粱作为乙醇生产用底物的两个严重的问题。常规的应用预见使用从甜高粱浆液中提取或压榨的含有约10-15％糖的汁液(juice)。该汁液然后或者直接发酵成醇，或者蒸发成糖蜜以供储存。直接发酵汁液成乙醇是一种季节性方法，仅仅在收割之后的短时间内实现。这呈现出从实验阶段规模放大到较大实践阶段的固态发酵，例如工业规模的挑战。例如，短的收割窗要求储存空间和回收设施的显著的资金投资，在短时间段内处理峰值量，同时对于停机时间来说，空间与设备将处于睡眠状态或者未充分使用。

对甜高粱制造乙醇的一些问题，Henk和Linden的策略是研究使用湿法储存的固态发酵，它被一体化到在甜高粱内长期储存乙醇的经济方法内。尽管Henk和Linden确实显示出总体工艺的一些改进，但仍存在许多缺点，其中包括它们能生产的乙醇量。通过典型地要求昂贵的设备(该设备需要昂贵的维护)，这一提出的系统倾向于使生物乙醇的生产甚至更加昂贵。此外，Henk和Linden显示出在实验规模上过量固态发酵的可行性，但没有提供按比例放大操作的细节。

例如，Henk和Linden没有提供从生物质固体材料中经济地回收乙醇和其他挥发性有机化合物的任何方式。Henk和Linden以及其他人没有解决使得由固态发酵高粱生产乙醇在经济上可行的障碍，当它在较大规模，尤其工业规模上操作时。

其他人也意识到从生物质固态材料中经济地回收乙醇和其他挥发性有机化合物的挑战。例如，Webster等人报道了使用甜高粱用草料收割机导致快速的汁液劣化和因此不是将甜高粱介绍进入糖厂的吸引人的解决方法(参见Observations of the Harvesting, Transporting and Trial Crushing of Sweet sorghum in a Sugar Mill，Webster,A.等人，2004 Conference of the Australian Society of Sugar Cane Technologist,Brisbane,Queensland，澳大利亚(2004年5月))。Andrzejewski和Eggleston报道了在使美国甜高粱变为乙醇(或其他用途)中可行的挑战围绕着储存汁液，因为甜高粱在美国具有相对窄的收割窗(参见Development of commercially viable processing technologies for sweet sorghum at USDA-ARS-Southern Regional Research Center in New Orleans.Andrzejewski和Eggleston,Sweet sorghum Ethanol Conference,2012年1月26日)。特别地，挑战包括(i)原汁的澄清化(clarification)(除去悬浮和浑浊的颗粒)，使之适合于浓缩和/或发酵，(ii)稳定汁液或部分浓缩的汁液以供成本合算的季节性使用(液体原料)和(iii)将汁液浓缩成糖浆以供储存，终年供应和有效地运输(液体原料)。

Bellmer寻求在加工之前，通过优化从固体中除去汁液的条件来改进该方法(参见The untapped potential of Sweet sorghum as a Bioenergy Feedstock，Bellmer,D.,Sweet sorghum Ethanol Conference，2012年1月26日)。Wu等人认识到使用甜高粱用于生物燃料的挑战，其中包括对于最高的糖含量来说，短的收割时间段，和在储存过程中快速的糖劣化(参见Features of Sweet sorghum juice and their performance in ethanol fermentation，X.Wu等人，Industrial Crops and Products 31:164-170,2010)。特别地，研究表明多达20％的可发酵糖类可在3天内损失。Bennet和Annex注意到使用高粱用于乙醇生产的局限性，其中牵涉材料的运输成本和储存性(参见Farm-gate productions costs of sweet sorghum as a bioethanol feedstock，Transactions of the AmericanSociety of Agricultural and Biological Engineers，第51(2)卷:603-613,2008)，尽管Bennet和Annex意识到在用酵母接种的青贮饲料中直接生产乙醇，但他们得出结论，这种直接生产方法是不实际的，因为存在与从青贮饲料中分离乙醇有关的问题，青贮饲料的储存损失(在仓型筒仓(bunker style silos)内最多40％)，且对于工业规模的应用来说，还有待检验使用青贮饲料作为备选的发酵原料的可能性。

Shen和Liu寻求通过首先干燥甜高粱，以便保存糖类，然后计划终年使用该材料以供乙醇生产，解决长期和有效储存新鲜茎或汁液的问题，进而增加了材料处理成本以供干燥，铺开湿高粱以供干燥，以及通过要求充足的气候条件实现合适的干燥，增加了该工艺的局限性(参见Research on Solid-State Ethanol Fermentation Using Dry Sweet Sorghum Stalk Particles with Active Dry Yeast,Shen,Fei和Liu,R.,Energy &Fuels,2009，第23卷，第519-525页)。Imam和Capareda寻求在发酵之前，处理汁液和使用各种选项，例如高压釜(热处理)，冷冻，增加发酵速率，和增加糖的浓度(参见Ethanol Fermentation from Sweet Sorghum Juice,Imam,T.和Capareda,S.,ASABE,2010AS ABEAnnual International Meeting,Pittsburge,PA(2010年6月))。

Bellmer，Huhnke和Godsey注意到在乙醇生产中使用高粱的挑战，因为：(i)在甜高粱内碳水化合物的储存性，(ii)在收割之后在茎内快速的糖/碳水化合物劣化，(iii)榨汁短的储存期限，(iv)糖浆生产(脱水)成本太高(参见The untapped potential of sweet sorghum as a bioenergy feedstock,Bellmer,D.,Huhnke,R.和Godsey,C.,Biofuels1(4)563-573,2010)。他们使用固相发酵桶，它是含旋转转股和螺旋钻的金属容器，这要求昂贵的设备。进一步地，使用固相发酵桶也遭受农作物，例如甜高粱收割窗的问题。同样，Noah和Linden注意到储存性和低效的糖提取作为燃料和化学品使用甜高粱的两个主要缺点。

总之，使用高粱和含可发酵糖类的其他植物的障碍包括下述事实：它们仅仅季节性可获得且储存昂贵，这使得它成了有效地使用基础设施(infrastructure)和计划安排劳力的挑战；糖的提取和储存性是两个关键的障碍，因为在收割之后必须立即开始转化，以避免腐败。

因此，需要在大的规模上由生物质材料生产乙醇和其他挥发性有机化合物的方法，该方法解决了至少这些障碍，例如优选不与全世界的食品资源竞争。

发明概述

与常规方法相比，本发明的实施方案提供许多优势。通过解决这些挑战，其中一些挑战如上所述，例如需要分散的(decentralized)装置，短的收割窗，快速的糖劣化，和大的设备投资，本发明的实施方案允许由含有可发酵糖的植物经济地生产乙醇和其他挥发性有机化合物。

在某些实施方案中，可通过一堆或更多堆地储存预备的生物质材料，实现发酵，从而与通常要求显著的资金投资的现有技术的发酵工艺相比，减少或省去对昂贵设备的需求。本发明的实施方案允许发酵与产品储存联合，其中现有技术的可发酵糖类作物的发酵常常要求即时收割，避免腐败，这使得现有技术的操作时间敏感。

本发明的实施方案允许回收设施以控制的方式终年连续运行，而与收割窗无关，从而拓宽了放置回收设施可获得的地理位置，其中包括具有相对短收割窗的区域。例如，巴西的甘蔗乙醇装置典型地每年操作约9个月，因为这是在巴西甘蔗的收割窗。在美国，相同的装置每年可仅仅操作约3-5个月，因为要求与农作物短时间的可获得性相关的即时收割。本发明的实施方案省去或最小化对即时收割的需求，从而便于终年生产乙醇，而与糖类作物的收割窗无关。

本发明的实施方案提供对发酵和储存时间段的控制，其中挥发性有机化合物的最小劣化最多700天，从而提供短的收割窗，其中农作物最接近于其峰值糖潜力和田间产率。与常规方法相比，这便于在最佳条件下收割，所述常规方法可能需要牺牲糖的生产水平和田间产率以获得较长收割窗。

进一步地，本发明的实施方案便于大规模生产乙醇或其他挥发性有机化合物，其中包括回收充足的含量以供商业化或者其他工业应用。

在特别的实施方案中，提供生产至少一种挥发性有机化合物的方法，该方法包括：生成至少约10吨预备的生物质材料，所述预备的生物质材料包括加入到含糖的固体生物质中的至少一种添加剂，其中所述至少一种添加剂包括微生物，和任选地酸和/或酶；和在储存设施中储存预备的生物质材料至少约24小时，便于由至少一部分糖生产至少一种挥发性有机化合物；和通过将储存的生物质材料进料到无溶剂回收系统中，将所储存的生物质材料至少分离成含至少一种挥发性有机化合物的气体组分和固体组分，从而收获至少一种挥发性有机化合物。

在一个实施方案中，收获步骤包括：引入所预备的生物质材料到无溶剂回收系统的密闭隔室内，其中所预备的生物质材料含有一种或多种挥发性有机化合物；在该密闭隔室内接触所预备的生物质材料与过热的蒸气物流，汽化所预备的生物质材料内的至少一部分起始的液体内容物，所述过热的蒸气物流包括至少一种挥发性有机化合物；从所预备的生物质材料中分离气体组分和固体组分，所述气体组分包括至少一种挥发性有机化合物；和保留至少一部分气体组分以供用作一部分过热的蒸气物流。

在另一实施方案中，提供含挥发性有机化合物的可储存的湿法生物质的生产方法，所述方法包括：添加至少一种添加剂到至少约10吨的固体生物质中，生成预备的生物质材料，所述固体生物质包括产糖植物，其中所述至少一种添加剂包括微生物，和任选地酸和/或酶；和允许在预备的生物质材料内的至少一部分糖转化成挥发性有机化合物；其中该生物质材料能储存约700天，且没有显著劣化挥发性有机化合物。

除了以上所述的特征以外，通过解决这些挑战，例如储存和运输成本，短的收割窗，快速的糖劣化，和大的设备投资，本发明的实施方案提供由含可发酵糖的植物经济地生产备选的燃料，例如乙醇和其他挥发性有机化合物。本文描述的实施方案的一些方面可应用到任何生物质材料，例如含有可发酵糖的植物上。本发明实施方案的特征允许经济地使用各种植物生产备选的燃料和化学品且不限于高粱和遭受类似挑战的其他植物。本文强调这种挑战性农作物，是因为其他方法和系统不能经济地使用这些挑战性农作物来生产燃料和化学品。正因为如此，具体提及高粱不打算限制，而是阐述本发明实施方案的特定应用。

根据下述详细说明，本发明实施方案的其他特征和优点变得显而易见。然而，应当理解，仅仅通过阐述给出详细说明和同时表明本发明优选实施方案的具体实施例，因为根据这一详细说明，在本发明的精神和范围内的各种变化和改性对本领域技术人员来说是显而易见的。

附图简述

这些附图阐述了本发明一些实施方案的某些方面，且不应当用于限制或定义本发明。

图1是根据本发明的某些方面处理生物质材料的一个实施方案的方框图。

图2是根据本发明的某些方面处理生物质材料的另一实施方案的方框图。

优选实施方案的详细说明

本发明的实施方案可提供尤其在较大规模上，例如在商业化或工业规模上，从固体生物质材料中有效且经济地生产和回收乙醇或其他挥发性有机化合物，例如乙酸。根据本发明的一个方面，该方法包括(a)通过添加微生物，任选地酸和任选地酶到固体生物质中，生成至少约10吨预备的生物质材料；(b)在储存设施中储存预备的生物质材料至少约24小时，便于由固体生物质内的至少一部分糖生产至少一种挥发性有机化合物；和(c)通过使用无溶剂回收系统收获至少一种挥发性有机化合物。

本文中所使用的术语“固体生物质”或“生物质”至少是指来自活体或最近存活的有机物的生物物质。固体生物质包括植物或动物物质，它们可转化成纤维或其他工业化学品，其中包括生物燃料。固体生物质可以衍生于许多类型的植物或树木，其中包括芒草，柳枝稷草，大麻，玉米，热带白杨，柳树，高粱，甘蔗，糖用甜菜和任何能量藤条，和各种树种，范围从桉树到油棕榈(棕榈油)。在一个实施方案中，固体生物质包括至少一种可发酵的产糖植物。固体生物质可包括两种或更多种不同的植物类型，其中包括可发酵的产糖植物。不同的植物类型可具有相同或不同的收割季节。在不打算限制本发明范围的优选实施方案中，选择高粱，因为它在不那么高产的土地上具有高的产率且具有高的糖含量。

术语“可发酵的糖”是指低聚糖和单糖，它们可用作碳源(例如戊糖和己糖)，通过微生物，在厌氧和/或需氧条件下生成有机产物，例如醇类，有机酸，酯，和醛。这种有机产物的生产通常可称为发酵。至少一种可发酵的产糖植物含有在其生长循环的过程中的一个时间点处，在植物材料的水相内溶解的可发酵的糖类。可发酵的产糖植物的非限制性实例包括高粱，甘蔗，糖用甜菜和能量藤条。特别地，甘蔗，能量藤条，和高粱典型地在水相内含有约5％-约25％的可溶糖w/w且以湿重为基础具有约60％至约80％的含湿量，当它们临近或者处于它们的最大潜在可发酵糖的产生下时(例如，最大可发酵糖浓度)。

术语“以湿重为基础(wet basis)”至少是指包括水作为一部分质量的质量百分比。在优选的实施方案中，产糖植物是高粱。可使用高粱的任何种属或变体，它提供碳水化合物的微生物转化，变为挥发性有机化合物(VOC)。对于使用高粱的实施方案来说，该植物提供某些优势，其中包括节水(water-efficient)以及抗干旱和耐热。这些性能使得该农作物适合于许多位置，其中包括地球上的各个区域，例如中国，非洲，澳大利亚和美国，例如海拔高的平原地区，西部，和横跨南德克萨斯州。

在使用高粱的实施方案中，高粱可包括可被收割的具有较高可发酵糖浓度的任何各种或各种的组合。具有优选性能的一些种类的高粱有时称为"甜高粱"。该高粱可包括可能或可能不含有充足湿气以支持在甘蔗研磨操作中榨汁过程的各种高粱。在优选的实施方案中，固体生物质包括商业上通过Advanta生产的Sugar T高粱变体和/或Sugar T的父本，它也是Advanta的可商购的产品。在优选的实施方案中，所使用的农作物具有约5-约25的糖度(brix)，优选约10-约20的糖度，和更优选约12-约18的糖度。本文中所使用的术语"糖度"至少是指在水溶液内葡萄糖、果糖和蔗糖的含量，其中1度糖度是在100g溶液内1g葡萄糖，果糖和/或蔗糖且代表以重量百分比(％w/w)为单位的溶液浓度。在另一优选的实施方案中，所使用的农作物的含湿量为约50％-80％，优选至少60％。

在一个实施方案中，农作物是糖度值为约18和含湿量为约67％的Sugar T的父本。在另一实施方案中，农作物是糖度值为约12和含湿量为约73％的Sugar T。在这些特别的实施方案中，通过手持式折射仪，测定糖度和含湿量值。

在添加至少一种添加剂(微生物，任选地酸和/或酶)到固体生物质中之后，它变为预备的生物质材料，其中至少一种添加剂促进可发酵糖转化成VOC(例如乙醇)。如以上所述和以下进一步描述的，预备的生物质材料可储存一段时间，以允许通过该转化工艺生成更多的VOC。然后从预备的生物质材料中回收至少一种挥发性有机化合物。挥发性有机化合物是本领域技术人员已知的。U.S.EPA提供挥发性有机化合物(VOC)的说明，其中之一是碳的任何化合物，但不包括参与大气光化学反应的一氧化碳，二氧化碳，碳酸，金属碳化物或碳酸盐，和碳酸铵，例外的是EPA指定的具有可忽略不计的光化学反应性的那些(参见http:// www.epa.gov/iaq/voc2.html#definition)。挥发性有机化合物或VOC的另一说明是任何有机化合物，其组成使得它们可在正常的室内温度和压力的大气条件下蒸发。这是在科技文献中使用的VOC的一般定义，且与室内空气质量所使用的定义一致。正常的室内温度和压力的大气条件是指被人们居住的建筑物中通常发现的条件范围，和因此可随建筑物的类型及其地理位置而变化。通过国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)和国家标准与技术会(NIST)提供一个例举的正常室内大气条件。IUPAC的标准是0℃的温度(273，15K，32°F)和100kPa的绝对压力(14,504psi)，和NIST的定义是20℃的温度(293，15K，68°F)和101.325kPa的绝对压力(14.696psi)。

由于通常化合物的挥发性越高，则其沸点温度越低，因此，有机化合物的挥发性有时通过它们的沸点来定义并分类。因此VOC可通过其沸点来描述。VOC是沸程为约50℃-260℃的任何有机化合物，这在约101.3kPa的标准大气压下测量。可回收和/或由从本发明的实施方案中回收的VOC进一步加工的许多挥发性有机化合物在香料和调味料工业中具有应用。这些化合物的实例可以是酯，酮，醇，醛，烃和萜烯类。下表1进一步提供了可回收和/或由从预备的生物质材料中回收的VOC进一步加工的挥发性有机化合物的非限定性实例。

表1

甲醇	乙酸乙酯	乙醛	双乙酰
				2,3-戊二酮	苹果酸	丙酮酸	琥珀酸
丁酸	甲酸	乙酸	丙酸
				异丁酸	戊酸	异戊酸	2-甲基丁酸
己酸	庚酸	辛酸	壬酸
				癸酸	丙醇	异丙醇	丁醇
异丁醇	异戊醇	己醇	对羟苯基乙醇
				色氨酸(tryptoptanol)	苯乙醇	2,3-丁二醇	甘油
富马酸	乙醇	戊醇	1,2-丙醇
				1-丙醇	2-丁醇	乙酸甲酯	乙酸乙酯
乙酸丙酯	乳酸乙酯	乳酸丙酯	丙酮
				甲酸乙酯	正丙醇	2-甲基-1-丙醇	2-丙烯-1-醇
2,3-甲基-1-丁醇	3-丁烯-2-醇

乙醇是优选的挥发性有机化合物。正因为如此，许多实例具体地提及乙醇。然而，这一具体的提及不打算限制本发明。应当理解，本发明的各方面还同样地应用到其他挥发性有机化合物上。另一优选的挥发性有机化合物是乙酸。

本发明的实施方案提供在没有显著降解成在预备的生物质材料内包含的挥发性有机化合物的情况下，长期储存固体生物质材料，和它们提供糖的保存，允许继续生成VOC。在本发明上下文中所使用的“显著(significant)”至少是指当测量预备的生物质材料内的挥发性有机化合物的含量或浓度时，在误差幅度以内。在一个实施方案中，误差幅度为约0.5％。

因此，本发明的实施方案提供在没有依赖于收割长度的情况下，连续生产VOC，从而消除或最小化在常规的即时收割和回收工艺中回收装置的停工时间。正因为如此，本发明的实施方案便于在其峰值收割农作物，且典型地没有对延长收割季节作出牺牲，例如略早于和晚于峰值时间收割。也就是说，本发明的实施方案便于高田间产率和高糖浓度地收割，例如当选择的农作物达到可转化成挥发性有机化合物的可发酵糖的其峰值糖浓度或含量时，即使这会导致较短的收割时间段。在一个实施方案中，当它处于其最大潜在可发酵糖浓度的约80％，约85％，约90％，约95％，或约100％时，收割或制备固体生物质。正因为如此，本发明的实施方案，尤其回收段可终年连续地操作且没有时间压力担心固体生物质和在其内包含的VOC腐败。尽管本发明的实施方案便于在临近或处于其最大糖的生产潜力下收割固体生物质，但固体生物质材料可在任何点处收割，当它被视为含有合适量的糖时。进一步地，收割窗口随农作物的类型和地理位置而变化。例如，在北美，高粱的收割窗范围可以是约1-7个月。然而，在巴西和其他赤道和近赤道地区，收割窗可以最多12个月。

在使用植物作为固体生物质的实施方案中，可使用本领域技术人员已知的任何合适的设备，从田间收集或收割固体生物质。在一个实施方案中，固体生物质包括植物的茎组分和叶子组分。在另一实施方案中，固体生物质进一步包括粮食组分。在优选的实施方案中，采用草料或青贮草料收割机(草料或青贮饲料切碎机)，收割固体生物质。青贮饲料或草料收割机是指制造青贮饲料所使用的农场设备，所述青贮饲料是短切成小片且在储料仓、青贮饲料库(bunker)中或者在青贮饲料袋中压缩在一起的草，玉米或其他植物。青贮饲料或草料收割机具有切割机构，例如或者转鼓(刀盘)或具有许多小刀固定到其上的飞轮，它们切碎并转移切碎的材料到容器内，所述容器或者与收割机相连或者与在侧面驱动的另一车辆相连。优选草料收割机，因为它与甘蔗收割机或干燥的打捆系统相比，提供优势。例如，与甘蔗收割机相比，草料收割机提供较高密度的材料，从而便于更加有效地运输收割的材料。在一个实施方案中，使用草料收割机导致堆密度为约400kg/m³的收割的高粱，相比之下，采用甘蔗收割机收割的甘蔗的密度为约300kg/m³，和采用甘蔗收割机收割的高粱的密度为约200kg/m³。一般地，堆密度越高，材料的运输越便宜，这倾向于限制甘蔗-收割的农作物可从中来源的地理区域。

因此，与甘蔗收割机或干燥的打捆系统相比，草料收割机是总体不那么昂贵地收割所选择的生物质，例如高粱的方式。不打算束缚于理论，认为，成本的节约部分是由于较高的材料生产量和通过草料收割机收割的固体生物质的较高堆密度导致的。固体生物质可切割成任何长度。在一个实施方案中，收割机的切割长度可设定为约3mm-约80mm，优选约3mm-约20mm的范围，其中最优选约3mm-约13mm的短切长度的实例。在这些优选的短切长度下，在草料收割机内不存在可观察到的水排放，因此损失最小。当选择短切长度时，收割机提供平均尺寸或长度分布大致等于所选择的短切长度的生物质。在一个实施方案中，可视需要调节离开回收系统的固体组分的平均尺寸分布，这可通过调节收割机的短切长度来进行。

添加至少一种添加剂到固体生物质中，以促进和/或加快合适的碳水化合物转化成挥发性有机化合物。在添加所选择的添加剂之后，固体生物质可被称为预备的生物质材料。在一个实施方案中，预备的生物质材料可包括以上列举的可发酵的产糖植物中的至少一种或任何组合。在优选的实施方案中，所选择的添加剂可在收割过程中使用收割机方便地添加。

本发明的实施方案提供按比例放大的操作，在特定的收割段中生成至少约10吨预备的生物质材料。对于使用草料收割机的实施方案；草料收割机辅助实现按比例的放大量。在一个实施方案中，基于特定区域的生长条件，在特定的收割窗，例如在北美，针对高粱来说，在约1-7个月内生成至少约700吨，优选至少约1百万吨，例如至少1.2百万吨，或更优选约至少5百万吨预备的生物质材料。在一个实施方案中，在特定的收割窗，生成最多100百万吨预备的生物质材料。

可在收割工艺之中和/或之后的任何点处添加至少一种添加剂。在使用草料收割机的优选的实施方案中，在收割工艺过程中将添加剂加入到固体生物质中，生成预备的生物质材料。特别地，为了在收割之中，有效地添加固体和液体添加剂二者，而设计草料收割机。如上所述，所添加的添加剂包括至少微生物(例如酵母)，和任选地酸和/或酶。在优选的实施方案中，所选择的添加剂以溶液形式添加。以下进一步提供关于潜在的添加剂的额外细节。

对于使用草料收割机或类似设备的实施方案来说，可在收割期间的所有段中，例如在进料辊之前，在进料之中，在短切之时，在短切之后，穿过(through)鼓风机，在鼓风机之后，在加速器内，在主杆(boom)(或管口(spout))之内，和/或在主杆之后，添加所选择的添加剂。在其中添加酸和酶的一个实施方案中，在靠近进料辊处添加酸，和在主杆内添加微生物和酶。在特别的实施方案中，使用具有约30ft宽割穗机的V12电动机的Krone Big X草料收割机。在使用Krone系统的实施方案中，添加溶液形式的酸通过挠性管道，所述挠性管道就在进料辊之前排放该溶液。按照这一方式，可视觉监控液体流动，这表明酸溶液和固体生物质在短切腔室内快速混合。在另一实施方案中，还证明添加酸作为使用Case NewHolland FX 58草料收割机的可行实践。在某些实施方案中，所使用的草料收割机可包括随车携带的机架以供容纳添加剂，所述至少一种添加剂选择在收割过程中添加。在另一实施方案中，在收割过程中添加的选择添加剂可以在拖车上在收割机后面牵引。例如，在一个实施方案中，证明了可采用配有含酵母，酶和酸的添加剂溶液的罐的改性拖挂车，且对收割机的正常操作的干扰最小，从而基本上维持收割工艺的预期的成本和持续时间。例如，在一个实施方案中，当配有以上所述的某些添加剂时，使用以约4英里/h行进的青贮草料收割机的正常收割构造和生物质产率维持约4英里/h的类似收集速率。

在本发明的实施方案中，预备的生物质材料最终被运输到储存设施中，在此它被储存一段时间，便于由固体生物质中的至少一部分可发酵的糖生产至少一种挥发性有机化合物。以下进一步提供储存段的细节。在某些实施方案中，也可在储存设备处添加所选择的添加剂。例如，在一个实施方案中，可在卸载过程中或者在固体生物质已经卸载在储存设施处之后，添加所选择的添加剂。在一个实施方案中，使用传送系统辅助在储存设施处添加所选择的添加剂。在储存设施处添加到固体生物质中的添加剂可以是还没有添加的添加剂或者事先添加的添加剂的额外量。因此，所选择的添加剂可在储存区域或者设施处，在从收割工艺开始到储存预备的生物质材料之前中的任何点，例如在其中材料被转移的点处添加。

如上所述，用于本发明的实施方案的添加剂包括至少微生物和任选地酸和/或酶。所选择的添加剂可按照任何顺序添加到固体生物质中。在优选的实施方案中，在添加微生物使该材料占大多数之前，添加酸到固体生物质中，以提供微生物的有吸引力的生长环境。

在优选的实施方案中，添加酸，降低固体生物质的pH到促进和/或加快所选择的本土或外加微生物生长的范围，这会增加乙醇和/或挥发性有机化合物的生产。酸也可终止或减慢植物呼吸，植物呼吸会消耗打算用于随后VOC生产的可发酵的糖。在一个实施方案中，添加酸，直到固体生物质的pH为约2.5至约5.0，优选范围为约3.7-约4.3，和更优选约4.2。所使用的酸可包括已知的酸，例如硫酸，甲酸，或磷酸。下表2提供可单独或结合使用的酸的非限制性实例。

表2

硫酸	甲酸	丙酸	苹果酸
				磷酸	马来酸	叶酸	柠檬酸

在优选的实施方案中，在添加酸，使固体生物质达到所需pH之后，添加微生物。在添加剂上下文中，微生物至少是指加入到固体生物质中的活体的有机物，它能冲击(impacting)或影响(affecting)预备的生物质材料。来自外加微生物的一种例举的冲击或影响包括提供发酵或其他新陈代谢，使来自各种来源的可发酵的糖，其中包括纤维素材料转化成乙醇或其他挥发性有机化合物。另一例举的冲击或影响可以是产生某些酶，这些酶辅助分解预备的生物质材料内的纤维素成可发酵的糖，所述可发酵的糖可被代谢成乙醇或其他VOC。由微生物提供的又一例举的冲击或影响包括生产诸如维生素，共-因子，和蛋白质之类的化合物，它们可改进可充当动物用饲料的最终副产品的质量，和因此价值。进一步地，微生物活性提供堆积热。一部分微生物细胞壁或其他新陈代谢副产物或合成代谢产物也可提供可通过回收单元回收的附加价值的化学品。这些冲击和影响也可由固体生物质本土的微生物提供。

可添加能冲击或影响预备的生物质材料的任何微生物。在优选的实施方案中，微生物可包括在青贮饲料、动物饲料、葡萄酒和工业乙醇发酵应用中使用的微生物。在一个实施方案中，所选择的微生物根据待制造的有机分子的所需概要(profile)的应用，包括酵母，真菌和细菌。在优选的实施方案中，酵母是所选择的微生物。在另一实施方案中，可添加细菌，制造乳酸或乙酸。也可添加某些真菌，以制造这些酸。例如，可添加乙酰醋酸杆菌属生成醋酸；可添加乳酸杆菌，嗜热链球菌生成乳酸；可添加产琥珀酸放线杆菌，产琥珀酸曼氏杆菌(Mannheimia succiniciproducens)，和/或产琥珀酸厌氧螺菌(Anaerobiospirillumsucciniciproducens)，生成琥珀酸；可添加丙酮丁醇梭菌，生成丙酮和丁醇；和/或可添加产气杆菌，生成丁二醇。

下表3提供了可单独或结合使用的优选微生物的非限制性实例。

表3

优选的微生物还包括酿酒酵母菌株，它可耐受高的乙醇浓度且在它们各自的微生物群落内是强有力的竞争者。该微生物可以是中温菌或嗜热菌。嗜热菌是在高于约45℃的温度下最好地生长的有机物，且发现于所有三类生命中：细菌、古细菌和真核生物。中温菌通常在约20℃至45℃之间是活性的。在使用酿酒酵母菌株的一个实施方案中，该菌株可来自于可商购的来源，例如获自Lesaffre的Biosaf，获自Phibro的Ethanol Red和Lallamand活化的液体酵母。若该微生物获自商业来源，则该微生物可根据提供者的推荐比率添加，这典型地基于单位湿吨的预期糖含量，其中水包括在质量的计算内。术语“湿吨(wet ton)”至少是指包括水的质量单位。可根据反应条件调节推荐量。所添加的微生物可包括特定微生物的一个菌株或者多个菌株。在一个实施方案中，以最多500mL/湿吨固体生物质的比率添加微生物。在使用可商购酵母的特别的实施方案中，相对于每湿吨固体生物质，添加约300mL Lallamand酵母制剂。在另一实施方案中，可添加额外的酵母菌株。例如，可在约0.001kg/湿吨至约0.5kg/湿吨，尤其约0.1kg/湿吨的比率下添加Ethanol Red。在又一实施方案中，可在约0.001kg/湿吨至约0.5kg/湿吨，尤其约0.1kg/湿吨的比率下，添加另一酵母菌株，例如Biosaf。要理解，可添加其他量的任何酵母菌株。例如，可添加约10％，约20％，约30％，约40％，约50％，约60％，约70％，约80％，约90％，约1.5倍，约2倍，约2.5倍，或约3倍所提供量的微生物。

在某些实施方案中，进一步添加酶。酶可以是辅助由微生物比较难以新陈代谢的植物材料，例如不同的纤维素材料生成可发酵糖，和/或例如通过使得饲料更加可消化，改进充当动物饲料的最终副产物的价值的酶。该酶也可以是抗菌素，例如以下进一步讨论的溶菌酶。所添加的酶可包括一类酶或许多类型的酶。该酶可来自于可商购的酶制剂。辅助转化某些难以新陈代谢植物材料成可发酵糖的酶的非限制性实例包括纤维素酶，半纤维素酶，阿魏酸酯酶和/或蛋白酶。额外的实例还包括或者提供或者辅助提供由原料生产可发酵糖或者增加最终的饲料副产物价值的其他酶。

在某些实施方案中，辅助转化某些难以新陈代谢植物材料成可发酵糖类的酶可例如在植物界内由植物本身产生。可生产纤维素酶、半纤维素酶和可以在生长的植物内产生的其他植物-聚合物降解酶的植物的实例公开于专利公布和专利WO2011057159，WO2007100897，W09811235，和US6818803中，它们示出了可在植物内产生的解聚植物细胞壁的酶。在另一实施方案中，可使用青贮饲料，活化这种植物产生的酶以及调和(temper)生物质以供进一步加工。一个实例描述于专利公布WO201096510中。若使用的话，可在收割中包括任何用量的这种转基因植物。例如，通过仅仅使用特定的转基因植物作为原料或者以散布(interspersed)的方式在相同或不同的农作物内掺入转基因植物，某些实施方案可使用在植物内产生的在植物内的酶。

在含这种植物-聚合物降解酶的某些实施方案中，可由植物的纤维素部分生产乙醇。在特别的实施方案中，当添加超过推荐量，比推荐量高约100倍的Novazymes CTEC2酶到高粱储存系统中时，基于起始的游离糖含量，实现约152％的理论乙醇转化效率。尽管可使用可商购的配方，添加这一用量的酶，但进行这一操作可能昂贵。另一方面，可以通过生长转基因植物(其中在生物质农作物当中，所述转基因植物至少散布地产生这些酶)，以更加合算的方式，获得这一用量的酶。

在储存段过程中，例如在青贮饲料中发生由纤维素生产乙醇且稳定地储存约102天，之后终止实验。这证明在特定的实验条件下，使用来自纤维素的可发酵糖，过量的这种酶活性导致至少约52％的乙醇生产。在不打算束缚于理论的情况下，对于某些实施方案来说，在实验中在收割期间中间添加酸可降低pH，从而潜在地诱导酶活性，否则在植物仍然生长的同时，若产生酶活性的话，则可损坏该植物。

在优选的实施方案中，若添加酶，则该酶可以是任何家族的纤维素酶制剂。在一个实施方案中，所使用的纤维素制剂是Novozymes Cellic CTec 2或CTec 3。在另一实施方案中，使用溶纤酶制剂，尤其Liquicell 2500。若使用的话，则使植物聚合物降解而添加的酶量可以是实现所需的植物材料转化成可发酵糖的任何用量，例如推荐量。在特别的实施方案中，相对于每湿吨生物质，添加约80,000FPU-约90,000,000FPU，优选约400,000FPU-约45,000,000FPU，更优选约800,000FPU-约10,000,000FPU的酶。术语"FPU"是指滤纸单位，它是指在50℃下，在约pH4.8下，在1小时内从50mg的一片Whatman No.1滤纸中释放2mg还原糖(例如葡萄糖)所要求的酶量。

在某些其他实施方案中，添加的所选添加剂可包括能减慢或控制细菌生长的其他物质。这些其他物质的非限制性实例包括抗菌素(其中包括抗菌酶)，例如Lysovin(溶菌酶)和(维吉霉素，一种细菌抑制剂)。细菌生长的控制可允许合适的微生物加快和/或提供挥发性有机化合物的生产。抗菌素是抑制或杀灭生命的某些物质的通用术语。抗菌素的实例是细菌抑制剂。在一个实施方案中，使用拟影响细菌且没有影响其他微生物的选择性抗菌素。选择性抗菌素的一个实例是Lactrol，它影响细菌，但没有影响酵母。

在特别的实施方案中，若使用的话，则可以以约1-20份/百万份(ppm)w/v的比率在预备的生物质材料的水相内，例如大致在约5ppm w/v下添加Lactrol(相对于单位体积液体，Lactrol的重量)。在使用酶控制细菌生长的实施方案中，优选使用溶菌酶。溶菌酶可来自于商业来源。例举的可商购的溶菌酶制剂是Lysovin，它是宣称允许在食品，例如葡萄酒中使用的酶溶菌酶的制剂。

酶和/或其他抗菌物质，若使用的话，可独立地或者彼此联合添加和/或与微生物一起添加。在某些实施方案中，充当微生物的营养物，从而促进和/或提供挥发性有机化合物的其他化合物也可作为添加剂添加。下表4提供了可加入到固体生物质中的其他物质的非限制性实例，其中包括抗菌素。

表4

以小的聚集体或者生物膜形式独立地附着在固体上的酵母和其他微生物表明增加了对抑制性(inhibitory)化合物的耐受度。在不打算束缚于理论的情况下，一部分长期发酵可以是可能的或者通过这种微生物对固体的粘结而加强。正因为如此，可粘结微生物的预备的生物质材料(它包括为微生物粘结而优化的微生物以及添加剂)可经历较大程度的发酵和或发酵效率。提供和/或加速长期发酵的物质不同于增加发酵速率的物质。在某些实施方案中，发酵速率的增加不是与长期发酵一样重要的因素，尤其在多周或多月的时间段内。

以下提供了应用到一个特定的实施方案上的添加剂的特定量。若使用的话，添加酸的比率和用量随特定酸加入其中的特定的固体生物质的缓冲能力而变化。在使用硫酸的特定实施方案中，以最多约10升/湿吨生物质，例如约3.8升/湿吨生物质的比率添加9.3％w/w硫酸，以实现pH约4.2。在其他实施方案中，该比率随酸、液体和其他内容物的浓度与类型，以及特定的固体生物质的缓冲能力和/或所需的pH而变化。在这一特定的实施方案中，以约3.2g/湿吨固体生物质的比率添加Lactrol。根据来自提供者的推荐比率，例如根据每湿吨的预期糖含量，添加酵母或其他微生物。在一个特别的实施方案中，以约18fl oz/湿吨添加Lallemand稳定的液体酵母，和以约20fl oz/湿吨添加Novozymes Cellic CTec2。

在优选的实施方案中，根据以上所述的本发明的各方面，在收割过程中，添加所选择的添加剂到固体生物质物流中，生成预备的生物质材料。优选地，运输预备的生物质材料到储存设施中，便于预备的生物质材料中的碳水化合物转化成所需量的挥发性有机化合物和/或等待回收挥发性有机化合物。可使用任何合适的运输方法和/或装置，例如车辆，火车等，和将预备的生物质材料置于运输设备上的任何合适的方法。运输生物质材料可使用的车辆的非限制性实例包括末端卸载的自卸车，侧面卸载的自卸车，和自卸载的青贮饲料卡车。在优选的实施方案中，使用青贮饲料卡车。在使用草料收割机收集生物质的实施方案中，这种固体生物质的运输比通过常规方式收集的材料，例如甘蔗坯锭(billet)的运输更加有效，因为堆密度在用草料收割机切割的固体生物质中更高。也就是说，短切成较小片的材料比坯锭材料更加致密地堆积。在一个实施方案中，在青贮饲料卡车中堆密度的范围从约150kg/m³变化至约350kg/m³，例如为约256kg/m³。由于在某些实施方案中，所有选择的添加剂在收割过程中添加，优选在收割机上添加，因此在运输过程中，微生物可开始与生物质相互作用，和按照这一方式，运输对总的工艺没有损害。

生物质，不管制备与否，被传输到至少一个储存区或设施中。该储存设施可位于离收割位置的任何距离处。若所选择的添加剂还没有添加或者若需要进一步添加额外量或类型以生成预备的生物质材料，则可添加所选择的添加剂。在优选的实施方案中，在制备的表面上至少一堆地储存预备的生物质一段时间。该设施可引入人造或天然的形貌。人造结构可包括在最初没有针对青贮饲料设计的位置处的已有结构，例如沟渠(canal)和水处理池。所制备的表面的非限制性实例包括混凝土，沥青，粉煤灰，或土壤表面。至少一堆可具有任何尺寸或形状，这可取决于操作条件，例如可获得的空间，生物质的含量，所需的储存持续时间等。

在特别的实施方案中，形成高度范围为约10英尺-约30英尺的至少一堆预备的生物质材料。在另一实施方案中，至少一堆的高度大于30英尺。在一个实施方案中，至少一堆预备的生物质材料含有至少约10吨预备的生物质材料(它可以是湿吨)。在另一实施方案中，至少一堆含有25,000吨(或湿吨)预备的生物质材料。在另一实施方案中，至少一堆预备的生物质材料含有至少约100,000吨(或湿吨)预备的生物质材料。在又一实施方案中，至少一堆预备的生物质材料含有至少约1,000,000吨或(湿吨)，例如1,200,000湿吨预备的生物质材料。在一个实施方案中，至少一堆含有最多约10,000,000吨，和在另一实施方案中，最多100,000,000吨(或湿吨)预备的生物质材料。

可发酵糖的转化工艺是放热反应。然而，太多的热量可有损于转化工艺，若温度在预备的生物质材料内的微生物的致死范围内的话。然而，在使用约700湿吨生物质并堆积成最多约12英尺的实施方案中，乙醇的生产和稳定性是满意的。因此，较大的堆垛不可能遭受过热。在一个实施方案中，对于所有类型的微生物，其中包括嗜热菌来说，堆垛的里面部分维持范围为约20℃到约60℃的温度。在没有使用嗜热菌的实施方案中，堆垛的里面部分维持范围为约35℃-约45℃的温度。

在储存设施处以至少一堆形式储存的预备的生物质材料也可称为湿法储存的生物质聚集体。在添加所选择的添加剂之后，至少一部分固体生物质转化成挥发性有机化合物，例如糖类发酵成乙醇。在一个实施方案中，储存预备的生物质材料，其时间段足以实现厌氧环境。在优选的实施方案中，在约24小时以内实现厌氧环境。在另一实施方案中，在大于约4小时内实现厌氧环境。在又一实施方案中，在最多约72小时内实现厌氧环境。

该堆垛可以是自立式的或者在另一结构体，例如被设计为接收青贮饲料的青贮饲料仓，其中包括收集水的径流和沥出液的装备上形成，在生物质上放置防水布，并促进有效的起始青贮饲料卡车卸载到仓内以及终年移除生物质。可改变单独的仓的大小，使得大小大致支持每年约700湿吨到10,000,000湿吨或更大的原料要求。例如，储存设施可具有50个仓，其中在任何时刻，每一单独的仓可接收100,000湿吨预备的生物质材料总计最大约5百万湿吨储存的材料。在任何储存设施处，预备的生物质材料的其他例举的库存量包括至少约10吨，约25,000吨，约100,000吨，约1,000,000吨，约1,200,000吨，约1,500,000吨，约10,000,000吨，和最多约100,000,000吨。在其中乙醇是所选的挥发性有机化合物的优选实施方案中，相对于每湿吨预备的生物质材料，回收约14加仑-约16加仑乙醇。所提供的数量是例举的且不打算限制储存设施可容纳的预备的生物质材料量。

在特别的实施方案中，储存堆垛进一步包括沥出液收集系统。在一个实施方案中，使用该收集系统，除去从储存堆垛中收集的沥出液。例如，可改变该沥出液收集系统，在储存时间段期间的某些点处从堆垛中除去液体。在另一实施方案中，改变沥出液收集系统，在储存堆垛中循环该液体。例如，循环可牵涉取至少一部分所回收的液体并将其导引回到堆垛中，优选在顶部处或其附近。这一循环提供在堆垛内液体某些部分较长的保留时间，甚至当预备的生物质材料的回收段开始且预备的生物质材料中的非液体组分部分被输送到回收单元中时。较长的保留时间导致较长的微生物保留时间和因此较高的有机挥发性化合物，例如乙醇的浓度。

可如所述的使用本领域技术人员已知的任何合适的沥出液收集系统。在特别的实施方案中，沥出液收集系统包括沿着堆垛底部的至少一个槽，优选定位在储存堆垛或仓的中间附近，若使用它的话，其中在将液体从预备的生物质材料导引到槽并流出到达所需的收集容器或者导引到其他应用中而设计的梯度(grade)下，制备储存堆垛。

在另一实施方案中，沥出液收集系统包括一根或更多根穿孔的导管，优选由聚氯乙烯(PVC)制成的管道，它们沿着堆垛底部运行，以允许导管内收集的液体被导引离开该堆垛。

在一个实施方案中，当添加预备的生物质材料到仓中或者层铺在制备的表面顶部上时，在堆垛上反复驱动拖拉机或其他重型器具，促进堆积。在一个实施方案中，对于每立方英尺的预备的生物质材料来说，堆积范围为约7lbs/ft³-约50lbs/ft³。在优选的实施方案中，堆积为约30lbs/ft³-约50lbs/ft³，尤其约44lbs/ft³。在一个实施方案中，在堆垛中预备的生物质材料的压缩加速和/或允许在以上所述的优选时间段内实现厌氧环境。在另一实施方案中，在进行堆积之后或者在进行堆积的时间段期间，在堆垛上放置透气膜，典型地适合(a fit for)塑料防水布目的。在特别的实施方案中，防水布尽可能实际地置于堆垛之上。例如，在24小时的时间段内在堆垛上放置防水布。

在一个实施方案中，储存预备的生物质材料至少约24小时和优选至少约72小时(或3天)，以便于生产挥发性有机化合物，例如乙醇。在一个实施方案中，储存预备的生物质材料约3天，优选10天，更优选大于10天。在一个实施方案中，预备的生物质的储存时间段为约1天-约700天，优选约10-700天。在另一实施方案中，储存生物质材料最多约3年。在一个实施方案中，储存预备的生物质材料，其时间段足以允许在理论生产效率的至少约95％下，糖有效地转化成至少一种挥发性有机化合物，这通过相关生物化学路径的化学计量评估来计算。在另一实施方案中，储存预备的生物质材料，其时间段足以允许糖转化成至少一种挥发性有机化合物的至少约100％的计算转化效率。在又一实施方案中，采用某些添加剂，例如酶，制备预备的生物质材料，所述添加剂允许糖转化成至少一种挥发性有机化合物的最多约150％的理论值的计算转化效率，基于可获得的可发酵的糖类的起始量。不打算束缚于理论，认为在等于或高于100％的效率下，由起始可获得的可发酵糖类和来自预备的生物质材料内纤维素或其他聚合物材料的可发酵的糖类二者，生产挥发性有机化合物，所述预备的生物质材料可通过施加到生物质上的某些添加剂加速的酶解或酸解来实现。

所产生的挥发性有机化合物，例如乙醇在储存的预备生物质材料中保持稳定储存时间段。特别地，可储存预备的生物质材料最多700天，且没有显著降解成挥发性有机化合物。在这一上下文中“显著”至少是指当测量在预备的生物质材料内的挥发性有机化合物含量或浓度时，在误差幅度以内。在一个实施方案中，误差幅度为0.5％。证明在至少约330天之后，乙醇在堆垛中保持稳定且没有观察到显著的乙醇损失。本发明的实施方案的这一方面是重要的，因为它提供至少8个月的稳定储存，这使得能终年生产VOC并在仅仅约4个月的收割窗下回收。与每年仅仅能在四个月的收割窗下操作的常规的即时加工相比，本发明的实施方案提供显著的优势。也就是说，使用仅仅4个月的收割窗，本发明实施方案允许装置终年操作，从而减少与即时加工所使用的装置相同尺寸的装置的投资成本。

此外，在使用防水布的实施方案中，预见到在防水布边缘的周围和之上放置土壤或其他介质，1)提供重量以供保持防水布向下；和此外2)充当来自堆垛的废气的生物过滤器。在这一实施方案中，生物过滤器对于有机物和一氧化碳解毒/降解来说是有效的。也可作为压缩模件，储存预备的生物质材料，在堆垛、仓、筒仓(silos)、袋子、管道或打包的捆或其他厌氧储存系统上驱动。

在一个实施方案中，监控来自预备的生物质材料的堆垛中的废气物流，并发现存在仅仅低水平的有机物，和非常低水平的氮氧化物。例如，下表5.1，5.2和5.3示出了在本发明某些实施方案的一个实施方式的储存段期间收集的各种废气样品的分析。符号"BDL"是指低于可检测极限的含量。Summa和Tedlar是指可商购的气体取样容器。

表5.1

表5.2

表5.3

本发明的实施方案应当是环境友好的，尽管相对未包含在仓内。即使如此，本发明的某些方面非常适合于使用土壤或其他介质作为置于仓周围和之上的生物过滤器，因为来自防水布下方的气体的逃逸在性质上是径向的。正因为如此，蒸汽具有较高量的与堆垛边缘接触的表面积。在使用生物过滤器的实施方案中，蒸气相释放穿过置于边缘物质附近的生物过滤器(例如土壤或堆肥)，之后进入到大气内。生物过滤器保留许多潜在的环境污染物和储存堆垛释放的臭味，且它消除或大大地降低从储存堆垛中释放的潜在有害的废气。

在一个实施方案中，储存预备的生物质材料，直到它包含不大于约80wt％的液体。储存预备的生物质材料，直到它含有比起始含量高至少约4-约5％的液体。在这一阶段处，湿法储存的生物质聚集体尚未被视为“啤酒(beer)”，因为它仍然含有超过约20％的固体。在一个实施方案中，储存预备的生物质材料，直到它含有约2wt％至约50wt％的乙醇，和优选约4wt％至约10wt％的乙醇。余量的液体主要是水，但可含有许多其他有机化合物，例如醋酸，乳酸等。

本发明的实施方案允许在比典型的甘蔗榨汁操作短得多的收割窗内收割固体生物质，这提供：

1)其中可放置该设施的大得多的地理区域，

2)当农作物具有它的最高产率潜力时，收割农作物，

3)作为它的最高糖浓度潜力，收割农作物，

4)较短的收割窗仍然经济，和

5)对于发酵来说，不需要从生物质中获得汁液。

而且，本发明的方面提供较大规模的操作，例如在工业或商业化范围内。在一个实施方案中，通过添加微生物，和任选地酶到固体生物质中，生成至少约10吨预备的生物质材料。以上提供了其他数量。

本发明实施方案的生物质材料的制备也可一般地称为固态发酵。一旦储存预备的生物质材料所需的时间量和/或预备的生物质材料含有所需浓度的挥发性有机化合物，例如乙醇，则可将其导引到回收系统中以供回收特定的挥发性有机化合物。回收系统和储存设施可彼此位于任何距离处。本文描述的系统和方法的实施方案提供二者的地理位置和它们相对于彼此的位置的灵活性。在特别的实施方案中，回收系统位于离储存设施约0.5-约2英里处。可使用任何合适的方法和/或设备，从储存设施转移预备的生物质材料到回收系统。在一个实施方案中，使用进料斗。在一个实施方案中，可使用青贮饲料平面铣刀(facer)，前悬式装载机或运输装载机，刮扫式输送螺旋或其他输送螺旋系统，将预备的生物质材料置于进料斗内。可将该材料直接置于进料斗内或者它可通过传输带系统，例如皮带系统转移。含有预备的生物质材料的进料斗然后可被驱动到回收系统中。

回收系统是无溶剂的且使用过热的蒸气物流，使预备的生物质材料内的液体蒸发成气体组分，然后可收集所述气体组分。过热的蒸汽是在操作压力下加热到超过其饱和温度的蒸汽。在优选的实施方案中，在回收系统达到稳态之后，过热的蒸气物流包括仅仅从预备的生物质材料中事先蒸发的蒸汽，结果没有引入其他气体，从而减少挥发性有机化合物燃烧和/或稀释挥发性有机化合物的回收产物物流的风险。从该系统中排放残留的固体组分，且它可具有各种随后的用途。一部分蒸汽被除去作为产物，和其余部分被循环以供在转移热量到新鲜进入的预备生物质材料中使用。过热的蒸汽直接接触生物质，从而转移能量并汽化在那儿存在的液体。热或热量能源没有与预备的生物质材料直接接触。因此，VOC回收系统也可描述为提供“间接”的热接触。

为了提供挥发性有机化合物的无溶剂回收，该回收系统包括允许过热的蒸汽以连续方式，即以物流形式流动的隔室。在一个实施方案中，隔室具有环管形状。在另一实施方案中，隔室包括旋转的转鼓。该隔室具有预备的生物质材料可经其进入的入口。在一个实施方案中，入口包括压力气密的旋转阀，螺塞，或其他类似的装置，它们可辅助分离预备的生物质材料，以增加暴露于过热的蒸气物流下的表面积。

在又一实施方案中，该系统包括脱水机构，以便在液体汽化之前，除去预备的生物质材料内的至少一部分液体。可在预备的生物质材料进入隔室内之前和/或同时发生液体的除去。来自预备的生物质材料的液体含有至少一种挥发性有机化合物，所述挥发性有机化合物可通过进一步加工液体，例如将液体进料到蒸馏塔而回收。该液体可被直接导引到进一步的加工单元，例如蒸馏塔中。或者或另外，该系统进一步包括收集单元，收集从预备的生物质材料中除去的液体。然后可进一步加工任何部分收集的液体。

在一个实施方案中，脱水机构包括适合于从预备的生物质材料中压榨液体的组件。在这一实施方案中，可在将预备的生物质材料进料到隔室内的同时，进行压榨。例如，入口可包括压榨机构，从预备的生物质材料中压榨液体，当它被引入到隔室内时。或者或另外，可在预备的生物质材料进入到隔室内之前，独立地进行压榨。这一压榨机构的非限制性实例是螺旋塞进料器。

在一个实施方案中，液体除去机构包括机械压榨机。机械压榨机类型的非限制性实例包括带式过滤器压榨机，V-型压榨机，环形压榨机，螺旋压榨机和转鼓压榨机。在带式过滤器压榨机的特别实施方案中，预备的生物质材料被夹在两个多孔带之间，所述两个多孔带在辊之上和之下通过，压榨出湿气。在另一特别的实施方案中，转鼓压榨机包括在其内部具有旋转式压榨机辊的穿孔转鼓，它贴着穿孔转鼓压榨材料。在又一实施方案中，在转筒离心机中，材料进入圆锥内，旋转固体在其内的周边上聚集的转筒。

隔室提供其中过热的蒸气物流可接触预备的生物质材料以汽化来自预备的生物质材料中液体的空间。至少一部分液体的汽化提供预备的生物质材料的气体组分和固体组分。该系统进一步包括分离单元，其中预备的生物质材料中的固体组分可与气体组分相分离，结果每一组分可视需要除去以供进一步加工。在一个实施方案中，分离单元包括离心收集器。这种离心收集器的实例是高效旋风设备。在优选的实施方案中，分离单元还充当固体组分的出口。例如，分离单元可从无溶剂回收系统中排放固体组分。存在气体组分的单独出口，在此它可离开该系统以供进一步的加工，例如蒸馏。在一个实施方案中，分离单元进一步连接到第二压力气密旋转阀或类似物上，以挤出或排放固体组分。在一个实施方案中，通过与热源相连的换热组件(其中过热的蒸汽没有接触热源)，过热的蒸汽维持在比其饱和温度高的目标或所需温度下。在热源和该系统之间的传热借助与过热蒸气的对流发生。在一个实施方案中，热源可包括电子元件或合适的换热器经过其中的热蒸汽。在一个实施方案中，操作压力范围为约1psig-约120psig。在优选的实施方案中，操作压力范围为约3psig-约40psig。在特别优选的实施方案中，在约60psig的操作压力下加压该系统，强制转移来自该系统的蒸气组分。

在一个实施方案中，在回收系统的启动时，将预备的生物质材料借助入口引入到隔室内。蒸汽最初用作过热蒸气，最初蒸发预备的生物质材料内的液体。过热的蒸汽连续移动经过该隔室。当预备的生物质材料进入到过热的蒸气物流内时，它被流化，在此它像流体一样流经隔室。当引入预备的生物质材料时，它与过热的蒸气物流接触。来自过热的蒸汽的热量被转移到预备的生物质材料上并汽化预备的生物质材料内的至少一部分液体，且所述至少一部分液体与可能仍然含有湿气的固体组分相分离。气体组分含有在预备的生物质材料中产生的挥发性有机化合物。在优选的实施方案中，当来自预备的生物质材料的液体开始汽化时，至少一部分汽化的液体可在该系统中作为过热流体循环。也就是说，在任何一个循环过程中，至少一部分汽化的液体保持在隔室内，充当过热的蒸汽而不是被收集以供进一步加工，直到下一循环，其中更多预备的生物质材料被进料到该系统内。

在优选的实施方案中，在最初的启动工序过程中，可视需要吹扫，优选连续(间歇或恒定地)吹扫过热流体，直到实现稳态，其中过热的蒸汽包括仅仅预备的生物质材料的汽化液体。气体组分和固体组分可借助各自的出口收集。可借助与热源相连的换热器，连续(间歇或恒定地)添加热量到该系统中，以维持过热蒸气的温度，维持系统内所需的操作压力，或者维持目标的汽化速率。可调节该系统的各种条件，例如过热的蒸气物流的流速，压力，和温度，实现所需的液体和/或挥发性有机化合物的除去速率。

在一个实施方案中，所收集的气体组分被冷凝以供进一步加工，例如被转移到纯化工艺中，以获得较高浓度的选择的挥发性有机化合物。在优选的实施方案中，将所收集的气体组分直接进料到蒸馏塔中，所述蒸馏塔提供冷凝气体组分不使用的能量节约。在另一实施方案中，冷凝气体组分，并作为液体进料到下一纯化步骤中。

在一个实施方案中，在进入回收段内之前，预备的生物质材料具有约至少10wt％和最多约80wt％的起始液体含量，基于生物质材料。在特别的实施方案中，起始液体含量为至少约50wt％，基于生物质材料。在一个实施方案中，起始的液体含量包括约2-50wt％，和优选约4-10wt％的乙醇，基于起始的液体含量。

在一个实施方案中，所收集的固体组分含有约5wt％-约70wt％，和优选约30wt％-约50wt％的液体，这取决于乙醇的除去目标。在另一组分中，所收集的气体组分含有约1wt％至约50wt％的乙醇，优选约4wt％至约15wt％的乙醇。在一个实施方案中，回收系统回收约50％-约100％在预备的生物质材料内包含的挥发性有机化合物。基于许多因素，其中包括挥发性有机化合物的除去目标，预备的生物质的停留时间会变化。在一个实施方案中，在隔室内预备的生物质材料的停留时间范围为约1-约10秒。在一个实施方案中，可在约0.06barg至约16barg下操作该回收系统。术语"barg"是指本领域技术人员理解的巴表压，和1巴等于0.1MPa。在一个实施方案中，在回收系统内的气体的温度范围为约100℃-约375℃，尤其约104℃-约372℃，和离开该系统的固体组分的温度小于约50℃。所收集的固体组分可在其他应用中使用。非限制性实例包括动物饲料，生物质燃烧器用原料，以供应工艺能量或发电，或者通过纤维素乙醇工艺进一步转化成乙醇(或者在青贮饲料堆垛内再-发酵，或者进料到预处理单元中用于任何纤维素乙醇工艺)或者要求木质纤维素生物质的任何其他生物燃料工艺的原料。

无溶剂回收系统的操作条件包括温度，压力，流速，和停留时间中的至少一个。可控制这些条件中任何一个或组合，以实现目标或所需的除去目标，例如除去的起始液体内容物的含量或者在离开回收系统的分离液体组分内残留的液体量。在一个实施方案中，控制至少一个操作条件，以实现起始液体内容物约10-90wt％，优选约45-65wt％，和更优选约50wt％的除去。

在优选的实施方案中，在恒定的压力下增加系统的温度将引起生物质内的液体更加快速地汽化和因此对于给定的停留时间来说，会引起较高百分比的生物质内的液体蒸发。必须控制离开该系统的蒸汽流速，匹配来自生物质的液体的汽化速度，以便实现稳态且也可用作控制该系统压力的机构。增加系统压力会引起在该系统内在气相中储存更多能量，所述能量然后可用于辅助进一步的加工或者辅助移动蒸汽到下一个下游的加工单元中。增加系统内生物质的停留时间引起更多热量从气相转移到生物质中，从而导致更多液体汽化。

在具体例举的实施方案中，回收系统包括密闭的环管气动过热蒸汽干燥器，它可获自可商购的来源。在一个实施方案中，密闭的环管气动过热蒸气干燥器是GEA Barr-Rosin Inc的SSD^TM型号。其他合适的可商购的设备包括获自GEA Barr-Rosin Inc的Superheated Steam Processor,SSP^TM，获自数个公司的Ring Dryer，其中包括GEA Barr-Rosin Inc.和Dupps；获自Dupps的Airless Dryer；获自DuppsEvactherm^TM的QuadPass^TM转鼓式干燥器，获自Eirich的真空过热蒸汽干燥器；获自Swiss Combi Ecodry的使用过热蒸气的转鼓式干燥器；和获自Ceramic Drying Systems Ltd的无空气干燥器。

对于这一方法来说，可充当挥发性有机物回收单元的仍然其他类型的间接干燥器是分批的盘式干燥器，间接接触的旋转式干燥器，旋转的分批真空干燥器，和搅拌干燥器。这些干燥器的基本原理是它们被密闭并连接到真空系统上，从固体中除去蒸汽，当它们生成蒸汽时(还通过在真空下降低压力，更加容易地除去挥发物)。湿的固体接触炽热的表面，例如托盘或搅拌桨，热量转移到湿的固体上，从而引起液体蒸发，结果它们可在真空系统中收集并冷凝。

图1阐述了使用过热的蒸汽干燥器的例举的VOC回收系统与方法，称为系统100。在特别的实施方案中，可从GEA Barr-Rosin Inc处获得过热的蒸汽干燥器。在图1中，紧跟着在青贮饲料堆垛中固态发酵之后，将含乙醇和/或其他VOC的预备生物质材料1经输入设备2进料到隔室3中。在所示的特别实施方案中，输入设备2包括螺杆挤出机。正如图1所示的，在进入隔室3之前，除去预备的生物质材料1中的至少一部分液体。脱水机构可以是预备的生物质材料1经过其中的螺旋塞进料器。从生物质材料1中除去的至少一部分液体可以借助物流15直接导引到蒸馏步骤11中，且没有经过回收系统100。任选地，破碎机可耦联到脱水机构的输出设备上，它可用于促进引入脱水的生物质材料到隔室3内。

参考图1，回收系统100包括可被加压的隔室3，它以适合于提供所需操作条件，例如预备的生物质材料1的停留时间，热量传递到过热的蒸汽上，和操作压力与温度的具有合适直径、长度与形状的导管示出。在进入隔室3之后，在稳态操作过程中，预备的生物质材料1在所需或目标温度下接触流经系统100的过热蒸气并且变得流化。如上所述，在优选的实施方案中，过热的蒸气或其中的至少一部分是从事先进料到系统100内的预备生物质材料中获得的蒸气组分以供VOC回收。流化的生物质以目标流速流经隔室3且保持与过热蒸气接触，其目标停留时间足以从预备的生物质材料1中蒸发所需量的液体。在所示的实施方案中，过热蒸气和预备的生物质材料1流经系统100通过系统鼓风机14促进。系统100可具有一个或更多个鼓风机。可通过系统的鼓风机14，控制过热蒸气和生物质材料1的流动速度或速率。生物质材料1流经隔室3并达到分离单元4，所述分离单元4优选是旋风分离器，在此生物质材料1的蒸气组分和固体组分彼此相分离。正如所示的，蒸气组分借助塔顶物流5导引离开固体组分，和其余部分的生物质材料1被视为固体组分，所述固体组分以固体组分7形式从分离单元4中，优选通过螺杆挤出机6排放。至少一部分排放的固体组分7可用作动物饲料，燃烧器燃料，或者其他生物燃料工艺用的生物质原料。

参考图1，称为物流8的一部分蒸气组分被保留并作为汽化最新引入的预备的生物质材料所使用的一部分过热的蒸汽循环。在所示的实施方案中，在物流8内的保留的蒸气组分被导引通过换热器9，加热它到目标操作温度。热源可包括蒸汽，电，炽热的烟道气或本领域技术人员已知的任何其他可采用的热源。

在优选的实施方案中，控制温度，使得系统内的压力维持在目标下，且存在充足的能量蒸发所需量的液体。也可通过过热的蒸气物流的流速和输入到换热器9内的热量，控制压力。优选地，回收系统100连续操作，在此预备的生物质材料1在所需的速率下连续进料，且蒸气组分10和固体组分6在连续的速度下连续除去。在优选的实施方案中，来自一个轮次的"新鲜的"蒸气组分8在目标速度下连续保留，以用作下一轮次的过热的蒸气物流。任何这些速度是可调节的，以实现所需的操作条件。正如所提及的，系统鼓风机14循环过热的蒸气物流通过系统100，且可调节，以获得目标流动速度或速率。

参考图1，以数字10表示的其余部分的蒸气组分物流5被导引到蒸馏步骤11中。取决于蒸馏构造，蒸气组分部分10可在进一步纯化之前被冷凝或优选作为蒸汽直接进料到蒸馏塔内。在优选的实施方案中，来自蒸馏步骤11的蒸馏产物具有约95.6wt％乙醇的乙醇含量(乙醇/水共沸物)，它可使用常见的乙醇脱水技术，进一步纯化到高于约99wt％，如步骤12所示。最终的乙醇产物13然后典型地用作生物燃料以供与汽油共混。

图2阐述了使用过热蒸汽干燥器的另一例举的回收系统和方法，称为系统200，它是由各制造者提供的Ring Dryer的代表。将预备的生物质材料201经输入设备202进料到系统200中，所述输入设备202优选包括螺杆挤出机。在一个实施方案中，在进入到系统200内之前，除去预备的生物质材料201中的至少一部分液体。脱水机构可以是预备的生物质材料201穿过其中的螺旋塞进料器。从生物质材料201中除去的至少一部分液体可借助物流215直接导引到蒸馏步骤211中且没有经过回收系统200。任选地，破碎机可耦联到脱水机构的输出设备上，它可用于促进引入脱水的生物质材料到隔室203内。

参考图2，回收系统200包括隔室203，所述隔室203优选包括旋转转鼓，它提供用于VOC回收的目标操作条件，其中包括预备的生物质材料201的停留时间，转移到过热蒸气上的热量，和操作压力与温度。在进入隔室203之后，在稳态操作过程中，预备的生物质材料201在操作温度下接触流经系统200的过热的蒸汽且变得流化。如上所述，在优选的实施方案中，过热蒸气，或者其中的至少一部分是从事先进料到系统200内的预备的生物质材料中获得的蒸气组分以供VOC回收。流化的生物质在目标流速下流经隔室203且保持与过热蒸气接触目标停留时间，以实现来自生物质的液体的目标汽化。流化的生物质然后到达分离单元204，所述分离单元204优选是旋风分离器，在此蒸气组分和固体组分彼此分离。正如所示的，蒸气组分通过塔顶物流205，导引离开固体组分，和固体组分207从分离单元204中排放。正如所示的，固体组分207借助挤出机206离开系统100且可具有以上提及的随后的用途。一部分蒸气组分(称为物流208)被保留并作为汽化最新引入的预备生物质材料所使用的一部分过热蒸气循环。正如所示的，保留的蒸气组分208被导引经过换热器209，加热它到所需或目标温度。热源或热能源可包括蒸汽，电，炽热的烟道气或任何其他所需的加热源。正如所示的，使用炽热的烟道气。控制温度，使得系统内的压力维持在目标下，且存在充足的能量蒸发所需量的液体。也可通过过热的蒸气物流的流速和输入到换热器209内的热量来控制压力。

参考图2，用数字210表示的其余部分的蒸气组分物流205被导引到蒸馏步骤中。取决于蒸馏构造，蒸气组分部分210在进一步纯化之前可被冷凝或者优选作为蒸汽直接进料到蒸馏塔内。来自蒸馏步骤的产物可使用已知方法进一步浓缩。

优选地，连续操作回收系统200，在此预备的生物质材料201在所需的速度下连续进料，且蒸气组分210和固体组分206在连续的速度下连续除去。在优选的实施方案中，来自一个轮次的"新鲜的"蒸气组分208在目标速度下连续保留，用作过热的蒸气物流用于下一轮次。所有这些速度是可调节的，以实现所需的操作条件。系统鼓风机214产生过热的蒸气物流的循环环管，且可调节它，以获得目标流速。

在优选的实施方案中，通过使用根据本发明各方面的无溶剂回收系统，在气相内出现在该系统内传热的点，即添加热量到该系统并转移热量到预备的生物质材料上，这提供的优势是，引起在预备的生物质材料内比固相传热(传导)更加有效的气相传热(对流)，所述预备的生物质材料是差的导体，因为它具有绝缘性能。如上所述，在某些实施方案中，一旦达到稳态，则除了从预备的生物质材料的液体中汽化的蒸汽以外没有蒸汽接触该系统内预备的生物质材料中的固体组分和气体组分，这防止或减少来自于添加工艺蒸汽或其他蒸汽以补充过热的蒸气物流导致的稀释。所收集的气体组分可被直接进料到蒸馏塔中以供分离所需的挥发性有机化合物，这可提供显著的节能。这一系统的优点是，接触湿固体的蒸汽仅仅是事先从固体中除去的那些蒸汽，结果不存在稀释或爆炸风险等。

列出下述实施例，进一步阐述本发明，但它们不要被解释为限制本发明的范围。

示意性的实施方案

实施例A

在这一实施例中，混合新鲜短切的高粱的各种样品与表A.1中列出的各种添加的组分并在青贮饲料管道中储存258天。在该表的底部一行中示出了在每一实验中产生的乙醇量。在表A.2中示出了所选添加剂的添加速率。

表A.2

添加剂速率
			LACTROL	1.6	g/湿吨
Ethanol Red	0.11	kg/湿吨
			BioSaf	0.11	kg/湿吨
纤维素酶CE-2	0.22	kg/湿吨
			淀粉酶	0.11	kg/湿吨
Liquicell	0.11	kg/湿吨
			93％浓硫酸	0.42	L/湿吨

实施例A的实验证明在青贮饲料堆垛中乙醇生产的原理和该储存的持续时间，进一步地，它们证明某些添加剂的影响。在该实施例中所有情况生产显著量的乙醇，从而表明本发明的实施方案可以是相当稳健(robust)的。在表A.1中，除了最后一行外所有行描述了哪些添加剂进入到该试验中。底部一行描述了在该实验中乙醇生产的结果。一般地，具有酸的实验相对于不具有酸的那些实验，表明优异的稳定性。尽管如此，但不具有酸的实验仍然得到乙醇的生产，从而表明酸添加剂是任选的。

实施例B

在实施例B中，在表B.1中示出了三个额外的实验。在表B.2中示出了所选添加剂的添加速度。

表B.1

表B.2

添加剂	比率
		LACTROL	3.2g/湿吨
Lallemand稳定的液体酵母	18fl oz/湿吨
		Novozymes Cellic CTec2	20fl oz/湿吨
9.3％浓硫酸	3.8L/湿吨

实施例B的实验还证明某些添加剂的影响以及规模的影响。在相同的仓内进行实施例B的实验1和2，从而证明这一发酵技术在商业规模上是稳定和有效的。

实施例C

在这些实验中，GEA SSD^TM用作无溶剂的回收单元。在下表C.1中，顶部部分描述了进料到该系统中的预备的生物质材料的某些性能。下一部分描述了离开溶剂较少的回收系统的固体组分的条件。第三部分示出了溶剂较少的回收系统的操作条件和最后部分给出了主要的液体组分的回收速率：乙醇，乙酸和水。此处示出了在所有情况下回收在固体内>90％乙醇的能力(在某些情况下100％)，和基于溶剂较少的回收系统的条件，改变乙醇与水回收量的能力。以下的样品10,11和12还含有显著量的乙酸，且表明这一方法也可用于有效地回收乙酸。

实施例D

所测试的一些条件提供来自于挥发物回收单元的生物质的充足的预处理，便于一些残留的纤维素转化成生物质。以上实施例C中的样品6和7的条件在统计上产生显著量的乙醇，当添加小量的酶和酵母到残留的固体组分样品上并在厌氧环境内储存时。所测试的其他条件来自样品3,4,8,10和12，这些样品没有产生乙醇，当置于与样品6和7相同的试验条件下时。来这一试验的结论是在样品编号6和7所述的试验条件下，通过从挥发性有机物回收单元中青贮(ensiling)固体组分，本发明的一些实施方案可用于随后生产纤维素乙醇。

实施例E

在这些实验中，根据本发明的某些方面制备700吨堆垛并储存在仓内。在仓中储存第504天时，从堆垛的顶部、中心和底部取三个样品，所有显示出类似的化合物水平。在4℃下储存样品。

样品制备：

在没有过滤的情况下，将样品挤压通过60ml注射器，并收集液体。

测试条件：

1)在下述条件下，采用具有5975C质谱仪的Agilent 7890GC，测试样品：

·具有塔顶空间选择的Agilent CTC自动取样器

·在130℃下，2.5ml加热的注射器，1ml注射尺寸到S/SL入口内，20:1的分流比

·在具有1.4μm薄膜的60M DB 624柱子上分离，0.25id

通过将0.25ml置于20ml塔顶空间小瓶内，制备样品。在60℃下平衡10分钟之后，注射1ml蒸汽。

2)在下述条件下，采用具有5973质谱仪的Agilent 6890GC，测试样品：

·Perkin Elmer Turbomatrix 40塔顶空间自动取样器

·60M DB5MS 0.25mm id,1.0μm薄膜，100:1的分流比

通过将0.25ml置于20ml塔顶空间小瓶内，制备样品。在90℃下平衡15分钟之后，注射蒸汽20秒。

在两个条件下，鉴定塔顶空间内的下述化合物，从而表明在某些实施方案中，产生了这些化合物且可使用无溶剂回收系统潜在地回收并在随后的蒸馏工艺过程中收获。

乙醛	甲醇	乙醇	丙醇
				丙酮	乙酸甲酯	丙酮	甲酸乙酯
正丙醇	乙酸乙酯	2-丁醇	2-甲基-1-丙醇
				2-丙-1-醇	乙酸	3-甲基-1-丁醇	2-甲基-1-丁醇
3-丁-2-醇

鉴于本说明书，对于本领域技术人员来说，本发明的各方面的进一步的改性和替代实施方案是显而易见的。因此，这一说明书不要解释为仅仅阐述，且是为了教导本领域技术人员实施本发明的一般方式的目的。要理解，本文中所示并描述的本发明的形式被视为目前优选的实施方案。要素和材料可被本文阐述并描述的那些替代，可颠倒部分和工艺，和可独立地利用本发明的某些特征，所有这些在受益于本发明的说明书之后，对本领域技术人员来说是显而易见的。可在没有脱离下述权利要求中描述的本发明的精神和范围的情况下对本文描述的要素作出变化。

Claims (23)

1.生产至少一种挥发性有机化合物的方法，该方法包括：

生成至少10吨预备的生物质材料，所述预备的生物质材料包括加入到含糖的木质纤维素生物质中的至少一种添加剂，其中所述至少一种添加剂包括微生物和任选地酸和/或酶；

在储存设施中储存预备的生物质材料至少24小时和最多3年，便于生成含有2-50wt％乙醇的储存的预备生物质材料；和

引入所述含有2-50wt％乙醇的储存的预备生物质材料到无溶剂回收系统的加压隔室内；

在加压隔室内接触所述储存的预备生物质材料与过热的蒸气物流，汽化所述储存的预备生物质材料内的至少一部分乙醇以提供至少一部分蒸气组分；

保留含有1-50wt％乙醇的至少一部分蒸气组分以供用作一部分过热的蒸气物流；和

在汽化后从所述回收系统中排放至少一部分所述储存的预备生物质材料，以提供固体组分。

2.权利要求1的方法，其中在1-7个月范围内的时间段中生成至少700吨预备的生物质材料。

3.权利要求2的方法，其中生成至少25,000吨储存的预备生物质材料。

4.权利要求3的方法，其中生成至少100,000吨储存的预备生物质材料。

5.权利要求4的方法，其中生成至少1,200,000吨储存的预备生物质材料。

6.权利要求1的方法，其中相对于每1吨储存的预备生物质材料回收14-16加仑的乙醇。

7.权利要求1的方法，其中木质纤维素生物质物质包括至少一种可发酵的产糖植物。

8.权利要求7的方法，其中至少一种可发酵的产糖植物包括高粱、甘蔗、糖用甜菜、能量藤条及其任何组合中的至少一种。

9.权利要求7的方法，其中预备的生物质材料包括至少两类不同的植物，其中每一植物类型具有不同的收割季节。

10.权利要求7的方法，其中收割至少一种可发酵的产糖植物，当所述植物达到其产糖潜力的至少80％时。

11.权利要求1的方法，其中木质纤维素生物质物质包括至少一种产糖植物的茎组分和叶子组分。

12.权利要求1的方法，其中储存步骤包括储存预备的生物质材料72小时-700天的时间段。

13.权利要求1的方法，其中储存步骤包括储存预备的生物质材料，其时间段足以允许糖转化成至少一种挥发性有机化合物至少95％的糖转化效率。

14.权利要求1的方法，其中储存设施位于离回收系统0.5英里处。

15.权利要求1的方法，其中储存步骤进一步包括形成高度为至少10英尺的至少一堆预备的生物质材料。

16.权利要求15的方法，其中形成至少一堆进一步包括压缩至少一部分预备的生物质材料，有助于建立厌氧环境。

17.含挥发性有机化合物的可储存的湿法生物质的生产方法，所述方法包括：

添加至少一种添加剂到至少10吨的木质纤维素生物质中，生成预备的生物质材料，所述木质纤维素生物质包括产糖植物，其中所述至少一种添加剂包括微生物和任选地酸和/或酶；

允许在预备的生物质材料内的至少一部分糖转化成乙醇以生成含有2-50wt％乙醇的储存的预备生物质材料，其中所述预备的生物质材料能储存700天，且没有显著劣化挥发性有机化合物；

引入所述储存的预备生物质材料到无溶剂回收系统内；

在所述回收系统的加压隔室内接触所述储存的预备生物质材料与过热的蒸气物流，汽化所述储存的预备生物质材料内的至少一部分乙醇以提供至少一部分蒸气组分；

保留含有1-50wt％乙醇的至少一部分蒸气组分以供用作一部分过热的蒸气物流；和

在汽化后从所述回收系统中排放至少一部分所述储存的预备生物质材料，以提供固体组分。

18.权利要求1的方法，其中固体组分包含30wt％至70wt％范围的液体。

19.权利要求1的方法，其中离开回收系统的固体组分的温度小于50℃。

20.权利要求1的方法，进一步包括在3psig至60psig范围的压力下操作所述回收系统。

21.权利要求1的方法，其中回收包括回收所预备的生物质材料中50％至95％范围的挥发性有机化合物。

22.权利要求1的方法，其中回收包括回收所预备的生物质材料中50％至90％范围的挥发性有机化合物。

23.一种方法，所述方法包括：

提供至少10吨的储存的预备生物质材料到无溶剂回收系统中，其中所述储存的预备生物质材料含有2-50wt％乙醇，和所述储存的预备生物质材料通过如下过程生成：添加微生物和酸中的至少一种到木质纤维素生物质中生成预备的生物质材料，和储存所述预备的生物质材料至少24小时和最多3年；

在所述回收系统的隔室内接触所述储存的预备生物质材料与过热的蒸气物流，汽化所述储存的预备生物质材料内的至少一部分乙醇以提供至少一部分蒸气组分；

保留含有1-50wt％乙醇的至少一部分蒸气组分以供用作一部分过热的蒸气物流；和

在汽化后从所述回收系统中排放至少一部分所述储存的预备生物质材料，以提供固体组分。